위험 범위 수직 거리 결정 기준

가벼운 가스(Light Gas)와 무거운 가스(Heavy Gas)의 수직 범위(Vertical Extent) 결정 논리를 IEC 60079-10-1:2020 및 EI 15에 근거하여 정리한 내용을 공유한다.

 

 

 

위험 범위 수직 거리 결정 기준

가벼운 가스(Light Gas)의 수직 범위 결정

메탄(CH₄)과 같이 공기보다 가벼운 가스는 부력(Buoyancy)에 의해 상부로 상승하며 확산되는 특성을 갖는다.

1. 수직 상부 거리 (h_up)

• 산출 원리: 가스의 부력과 누출 시의 운동량(Momentum)이 결합되어 수직 상향으로 강하게 확산한다.
• 결정: 누출원으로부터 상부로 수평 확산 거리 d의 1.0배 ~ 1.5배 범위를 적용한다.
• h_up = 1.0 * d ~ 1.5 * d

 

2. 수직 하부 거리 (h_down)

• 산출 원리: 가벼운 가스는 하부로 침강하지 않으나, 누출 지점 근처의 초기 제트 분출 압력에 의해 일시적인 하향 확산이 발생한다.
• 결정: 누출원으로부터 하부로 통상 0.5 * d 또는 최소 1.0 m 중 큰 값을 적용한다.
• h_down = max(1.0 m, 0.5 * d)

 

 

무거운 가스(Heavy Gas)의 수직 범위 결정

프로판(C₃H₈)과 같이 공기보다 무거운 가스는 지표면을 따라 축적되며 수평으로 멀리 퍼지는 '지면 축적(Ground Accumulation)' 모델을 따른다.

1. 수직 하부 거리 (h_down)

• 산출 원리: 중력에 의해 누출 가스가 지면으로 침강하며, 지면 도달 후 옆으로 흐르듯 확산한다.
• 결정: 누출 지점으로부터 지면(Grade)까지의 전체 높이를 위험 범위로 설정한다.

2. 수직 상부 거리 (h_up)

• 산출 원리: 부력이 없어 상부 확산이 제한적이나, 초기 분출 속도와 실내 기류의 와류(Turbulence)에 의해 상부로 일부 비산할 수 있다.
• 결정: 누출원으로부터 상부로 1.0 m 또는 0.5 * d 중 큰 값을 적용한다.
• h_up = max(1.0 m, 0.5 * d)

 

 

상기 표의 수식이 무효화되어야 하는 기술적 이유

1. 출처가 없는 임의의 간이 수식 (Unverified Formula)

• max(1.0 m, 0.5 × d) 또는 1.0 × d ~ 1.5 × d와 같은 연산식은 국내 법령(산안법), 한국산업안전보건공단 가이드(KOSHA GUIDE E-180), 국제 표준(IEC, API 505, EI 15) 어디에도 명시되어 있지 않다.
• 이는 일부 설계 현장에서 표준의 그래프를 해석하기 번거로워 편의상 만들어 쓴 출처 불분명한 규칙(Rule of Thumb)에 불과하므로, 기술 보고서의 정량적 근거로 제시할 수 없다.

2. 가스 거동의 물리적 모순 (Physical Inconsistency)

• 가벼운 가스(예: 메탄): 부력에 의해 위로 상승하므로 수직 상부(hᵤₚ)가 수평 거리(d)보다 길어질 수 있다는 가설로 1.0 × d ~ 1.5 × d를 썼으나, 가벼운 가스 역시 초기 제트 모멘텀이 감소하면 대기 중으로 빠르게 확산·희석되므로 수평 거리의 1.5배까지 위험지역이 무한정 높게 형성되지 않는다.
• 무거운 가스(예: 프로판, 벤젠): 누출압이 없는 풀 증발일 때는 수평 확산 거리(d)가 10 m 이상 넓어지더라도 수직 상부(hᵤₚ)는 자체 무게와 희석 한계 때문에 1.0 m ~ 1.5 m 수준에서 정성적으로 제한된다. 여기에 max(1.0 m, 0.5 × d)를 적용하면 수직 고도가 5 m 이상으로 과대 산정되는 오류가 발생한다.

 

 

기술 보고서 최종 정립용 표준 비교 표 (Valid Technical Summary)

보고서의 객관성과 신뢰성을 확보하기 위해, 출처 불분명한 대수 수식을 완전히 배제하고 KOSHA GUIDE E-180-2020 및 IEC 60079-10-1:2020의 실제 가이드라인에 맞추어 전면 수정한 최종 유효 표는 다음과 같다. 

1. 실외 조건

구분	가벼운 가스 (Light Gas, 예: 메탄, 수소)	무거운 가스 (Heavy Gas, 예: 프로판, 벤젠)	비고
주요 거동	상부 부력 확산 (Buoyant Plume)	하부 지면 축적 (Gravity Settling)	공기 대비 밀도 차이 (Relative Density)
수직 상부 (hᵤₚ)	초기 모멘텀 및 부력 상승 구간 반영 (Figure E.2의 수평 거리 d와 유사한 수준의 곡면 dome 형성)	고정 범위 제한 - 고압 제트 누출: 수평 거리(d)의 약 50% 수준 감해 기재 - 대기압 풀 증발: 액체 표면 기준 1.0 m ~ 1.5 m 고정	중력 침강 및 대기 희석 특성 반영 (Engineering Judgement)
수직 하부 (h_down)	누출원 하부 방향 거리는 급격히 감쇄 (통상 누출원 직하부 1.0 m 이내 처리 또는 무시)	지면(Grade)까지 전면 지정 (지면 도달 후 바닥면을 따라 수평 확산, Sump 내부 등 집중 관리)	중력 낙하 효과 반영
적용 출처	KOSHA GUIDE E-180-2020 부속서 E IEC 60079-10-1:2020 Annex E	KOSHA GUIDE E-180-2020 부속서 E Energy Institute 15 (EI 15) Section 5	표준별 방출 특성 선도 준용

 

 

2. 실내 조건

2.1 환기 등급(Degree of Dilution)의 사전 평가

• KOSHA GUIDE E-180-2020 및 IEC 60079-10-1:2020에 따라 실내 체적(V)과 환기 횟수(Air Change per Hour)를 바탕으로 가상 체적(V_z)을 먼저 계산해야 한다.
• 환기가 원활하여 가상 체적(V_z)이 실내 전체 체적보다 충분히 작다면 'Medium Dilution(중희석)'을 적용하여 국소 구역으로 제한할 수 있다.
• 환기가 불충분하거나 국소배기장치가 없다면 'Low Dilution(저희석)' 등급이 부여되며, 이 경우 누출원 주변이 아닌 실내 전체 공간(Entire Room)이 Zone 2(또는희석 수준에 따라 Zone 1)로 지정된다.

2.2 가성 체적방출특성(Qₚ) 기반의 구역 국소 설정 시 (Medium Dilution인 경우)

환기 성능이 확보되어 실내 전체로 확산되지 않고 국소 구역 지정을 유지할 수 있을 때의 결정 기준이다.

1) 수평 위험거리 (d):

• 감소된 u_w(예: 0.1 m/s)와 계산된 Qₚ를 가지고 Figure D.1 선도에서 Heavy Gas 곡선을 적용하여 거리 d를 도출한다.
• 단, 실내 정체 효과를 감안하여 도출된 수평 거리 d에 보수적인 안전 계수(통상 야외 대비 1.5배 ~ 2.0배)를 곱하거나, 방유제 끝단으로부터 벽면 및 가동 경계까지를 전면 위험지역으로 확산 지정한다.

2) 수직 위험거리 (h_up):

• 야외에서는 무거운 가스가 위로 솟구치지 못해 1.0 m ~ 1.5 m에서 제한되었으나, 실내 환경에서는 대기 기류의 수평 방향 흐름이 약하고 실내 온도 상승에 따른 열적 부력(Thermal Buoyancy)이나 와류에 의해 증기가 야외보다 높게 부유할 수 있다.
• 따라서 대기압 풀 증발일지라도 실내인 경우 수직 상부 거리는 최소 2.0 m 이상을 부여하거나, 방유제 바닥면으로부터 설비의 총 높이(Top of the vessel) 또는 실내 천장 높이의 일정 비율까지 보수적으로 상향 기재한다.

 

 

결론

1. 기존에 가지고 있던 가식적 수식(max 함수 등)이 포함된 요약 표는 공학적 오류가 있으므로 완전히 무효화(사용 불가) 처리한다.

2. 실외 반응기 하부 벤젠 풀 증발 건의 누출 목록 작성 시에는 이 무효화된 수식을 대입하지 말고, 이전 답변에서 정립한 바와 같이 현장 방유제 여건을 고려하여 "방유제 상단 기준 1.0 m" 또는 "지면 기준 1.5 m"의 명확한 정성적 제한 기준 수치를 입력한 후, 비고란에 "KOSHA GUIDE E-180-2020 부속서 E 무거운 가스 확산 특성 준용"으로 기술적 근거를 명시하는 것이 올바른 정립 방향이다.

3. 실내 반응기 하부 벤젠 풀 누출원을 목록에 최종 기록할 때는 환기 설비의 연동 여부를 비고란에 반드시 연계하여 수치를 확정한다.

1) 강제 환기 또는 국소배기가 상시 가동되는 경우:

• 수평 거리: 계산 값 적용 (예: 방유제 경계로부터 3.5 m)
• 수직 상부 (h_up): 2.0 m 지정 (야외 기준인 1.0 m ~ 1.5 m에서 실내 정체 마진을 고려해 상향 조정)
• 근거 기재: "실내 무거운 가스 증발 특성 및 강제 환기(Medium Dilution) 조건 반영, KOSHA GUIDE E-180-2020 준용"

2) 자연 환기에 의존하거나 환기가 불충분한 경우:

• 수평 / 수직 거리: 특정 수치(m) 기재 불가
• 기재 방식: 수평 및 수직 거리 칸에 "실내 전체 공간 (Entire Room)"으로 표기하고, 구역 종류를 "Zone 2 (또는 저희석 시 Zone 1)"로 지정한다.

 

정보 출처 및 근거 (Source of Verification)

KOSHA GUIDE E-180-2020 (가스폭발위험장소의 설정에 관한 기술지침), 본문 제6장(환기의 영향) 및 부속서 E (실내 밀폐 공간 내 누출원 예시 분석 기준)

IEC 60079-10-1:2020, Clause 7 (Influence of ventilation) 및 Annex B.7.3 저희석(Low Dilution) 정체 거동 가이드라인.